JP2001057697A - 音場補正装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィードバック型デジタルフィルタを用いる
ことにより、音響信号源とスピーカとの間に補正装置を
挿入しない構成で、音質の劣化を招くことなく、音場に
おける反射音の影響を補正することができる音場補正装
置を提供する。 【解決手段】 音場補正装置が、再生音場内に設置され
たスピーカと、該再生音場内に設置されたマイクロフォ
ンと、第１デジタルフィルタと、該マイクロフォンの出
力から該第１デジタルフィルタの出力を減算する減算器
と、該減算器の出力を入力する第２デジタルフィルタ
と、音響信号入力と該第２デジタルフィルタの出力とを
加算する加算器と、を備え、該加算器の出力を該スピー
カ及び該第１デジタルフィルタに入力し、該スピーカか
ら該マイクロフォンまでの直接音の時間領域でのインパ
ルス応答をＤとしたときに、該第１デジタルフィルタの
係数をＤとし、該減算器の出力信号が小さくなるように
該第２デジタルフィルタを制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、小空間での音響再
生時に生じる共振による悪影響を能動的に補正する音響
再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車室の内部などの小空間においては、そ
の音場の共振による音場伝達特性の乱れを補正する２次
共振特性を利用した周波数特性補正装置を備えた音場補
正装置が用いられる。

【０００３】例えば、図８（ａ）に示す構成では、車室
５０に設置したスピーカ１と、そのスピーカ１から発せ
られる音響信号を生成する音響信号源１１との間に、周
波数特性補正装置１００を挿入する。そして、車室５０
に設置された検出器（マイクロフォン）２から得た信号
を周波数特性分析装置１１０で解析して、その結果に従
って自動的に、或いは、周波数特性分析装置１１０に表
示される結果に従ってマニュアルで、周波数特性補正装
置１００の動作を調整して、音響信号源１１からスピー
カ１に送られる音響信号を補正する。これによって、車
室５０の内部の音場の伝達特性を補正する。

【０００４】ここで、図８（ｂ）は、車室５０の内部に
設置したスピーカ１とマイクロフォン２との間の伝達特
性のゲインを示し、図８（ｃ）は、補正装置１００のゲ
インを示す。補正処理前の伝達特性が図８（ｂ）に細線
で示すようなものであるときに、補正装置１００のゲイ
ンが、その伝達特性の逆特性（図８（ｃ）に太線で示
す）を有するように、調整する（図８（ｂ）には、参考
のために、図８（ｂ）に細線で示す伝達特性を同様に細
線で示している）。このような補正装置１００のゲイン
特性の設定によって、図８（ｂ）に太線で示すように、
改善された再生音質を得ることができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
従来技術の手法は、周波数応答特性のみに着目して、２
次共振特性の合成により音場を補正しようとするもので
ある。このような手法に基づく従来の音場補正装置で
は、反射音の影響による音場の乱れが生じている場合
に、その反射音の影響を補正することは原理的に困難で
ある。

【０００６】また、上記の図８（ａ）の構成では、補正
装置１００をスピーカ１と音響信号源１１との間に挿入
しなければならないため、音響信号品質の劣化が生じ
る。

【０００７】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、その目的は、フィードバック型デ
ジタルフィルタを用いることにより、音響信号源とスピ
ーカとの間に補正装置を挿入しない構成で、音質の劣化
を招くことなく、音場における反射音の影響を補正する
ことができる音場補正装置を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のある音場補正装
置は、再生音場内に設置されたスピーカと、該再生音場
内に設置されたマイクロフォンと、第１デジタルフィル
タと、該マイクロフォンの出力から該第１デジタルフィ
ルタの出力を減算する減算器と、該減算器の出力を入力
する第２デジタルフィルタと、音響信号入力と該第２デ
ジタルフィルタの出力とを加算する加算器と、を備え、
該加算器の出力を該スピーカ及び該第１デジタルフィル
タに入力し、該スピーカから該マイクロフォンまでの直
接音の時間領域でのインパルス応答をＤとしたときに、
該第１デジタルフィルタの係数をＤとし、該減算器の出
力信号が小さくなるように該第２デジタルフィルタを制
御して、そのことによって、前述の目的が達成される。

【０００９】本発明の他の音場補正装置は、再生音場内
に設置されたスピーカと、該再生音場内に設置されたマ
イクロフォンと、第１デジタルフィルタと、該マイクロ
フォンの出力から該第１デジタルフィルタの出力を減算
する減算器と、該減算器の出力を入力する第２デジタル
フィルタと、該減算器の出力を入力する第３デジタルフ
ィルタと、該第３デジタルフィルタの出力を入力する適
応制御器と、音響信号入力と該第２デジタルフィルタの
出力とを加算する加算器と、を備え、該加算器の出力を
該スピーカ及び該第１デジタルフィルタに入力し、該ス
ピーカから該マイクロフォンまでの直接音の時間領域で
のインパルス応答をＤとし、且つ該スピーカから該マイ
クロフォンまでの反射音の時間領域でのインパルス応答
をＲとしたときに、該第１デジタルフィルタの係数をＤ
とし、該第３のデジタルフィルタの係数をＤ＋Ｒとし
て、該適応制御器の入力信号が小さくなるように、該適
応制御器の出力により該第２デジタルフィルタを制御し
て、そのことによって、前述の目的が達成される。

【００１０】本発明の更に他の音場補正装置は、再生音
場内に設置されたスピーカと、該再生音場内に設置され
たマイクロフォンと、第１デジタルフィルタと、該マイ
クロフォンの出力と該第１デジタルフィルタの出力とを
減算する減算器と、該減算器の出力を入力する第２デジ
タルフィルタと、音響信号入力と該第２デジタルフィル
タの出力とを加算する加算器と、を備え、該加算器の出
力を該スピーカ及び該第１デジタルフィルタに入力し、
該スピーカから該マイクロフォンまでの直接音の周波数
領域での伝達関数をＤとし、且つ該スピーカから該マイ
クロフォンまでの反射音の周波数領域での伝達関数をＲ
としたときに、該第１デジタルフィルタはＤに近似し、
且つ該第２のデジタルフィルタは［１−（Ｄ＋Ｒ）］／
Ｒで表現される伝達関数に近似して、そのことによっ
て、前述の目的が達成される。

【００１１】本発明の更に他の音場補正装置は、再生音
場内に設置されたスピーカと、該再生音場内に設置され
たマイクロフォンと、第１デジタルフィルタと、該マイ
クロフォンの出力から該第１デジタルフィルタの出力を
減算する減算器と、該減算器の出力を入力する第２デジ
タルフィルタと、音響信号入力と該第２デジタルフィル
タの出力とを加算する加算器と、を備え、該加算器の出
力を該スピーカ及び該第１デジタルフィルタに入力し、
該スピーカから該マイクロフォンまでの反射音の時間領
域でのインパルス応答をＲとしたときに、該第１デジタ
ルフィルタの係数をＲとし、該減算器の出力信号が小さ
くなるように該第２デジタルフィルタを制御して、その
ことによって、前述の目的が達成される。

【００１２】本発明の更に他の音場補正装置は、再生音
場内に設置されたスピーカと、該再生音場内に設置され
たマイクロフォンと、第１デジタルフィルタと、該マイ
クロフォンの出力から該第１デジタルフィルタの出力を
減算する減算器と、該減算器の出力を入力する第２デジ
タルフィルタと、該減算器の出力を入力する第３デジタ
ルフィルタと、該第３デジタルフィルタの出力を入力す
る適応制御器と、音響信号入力と該第２デジタルフィル
タの出力とを加算する加算器と、を備え、該加算器の出
力を該スピーカ及び該第１デジタルフィルタに入力し、
該スピーカから該マイクロフォンまでの直接音の時間領
域でのインパルス応答をＤとし、且つ該スピーカから該
マイクロフォンまでの反射音の時間領域でのインパルス
応答をＲとしたときに、該第１デジタルフィルタの係数
をＲとし、該第３のデジタルフィルタの係数をＤ＋Ｒと
して、該適応制御器の入力信号が小さくなるように、該
適応制御器の出力により該第２デジタルフィルタを制御
して、そのことによって、前述の目的が達成される。

【００１３】本発明の更に他の音場補正装置は、再生音
場内に設置されたスピーカと、該再生音場内に設置され
たマイクロフォンと、第１デジタルフィルタと、該マイ
クロフォンの出力と該第１デジタルフィルタの出力とを
減算する減算器と、該減算器の出力を入力する第２デジ
タルフィルタと、音響信号入力と該第２デジタルフィル
タの出力とを加算する加算器と、を備え、該加算器の出
力を該スピーカ及び該第１デジタルフィルタに入力し、
該スピーカから該マイクロフォンまでの直接音の周波数
領域での伝達関数をＤとし、且つ該スピーカから該マイ
クロフォンまでの反射音の周波数領域での伝達関数をＲ
としたときに、該第１デジタルフィルタはＲに近似し、
且つ該第２のデジタルフィルタは［１−（Ｄ＋Ｒ）］／
Ｄで表現される伝達関数に近似して、そのことによっ
て、前述の目的が達成される。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の幾つかの実施形
態を、添付の図面を参照して説明する。なお、本願明細
書では、「インパルス応答」という表現と「伝達関数」
という表現とを使用しているが、時間領域での現象に着
目している場合には「インパルス応答」という表現を使
用し、一方、周波数領域での現象に着目している場合に
は「伝達関数」という表現を使用するものとする。

【００１５】（第１の実施形態）以下、本発明の第１の
実施形態について、添付の図面を参照しながら説明す
る。本実施形態は、車室５０の内部における音響再生に
おいて、車室５０の内部の反射音の影響を補正する音場
補正装置を示している。

【００１６】図１は、本実施形態における音場補正装置
の構成を模式的に示すブロック図である。

【００１７】図１において、１は車室５０の内部に設置
されたスピーカ、２は車室５０の内部の受聴エリアに設
置されたマイクロフォン、３はマイクロフォン２の信号
をデジタル信号に変換するＡＤ変換器４、８はデジタル
フィルタ、５は車室５０の内部のスピーカ１から放射さ
れマイクロフォン２までの直接音の伝達関数Ｄを保持し
た係数メモリ、６は減算器、７は適応型デジタルフィル
タ、９は車室５０の内部のスピーカ１から放射されマイ
クロフォン２までの反射音の伝達関数Ｒを保持した係数
メモリ、１０は適応型デジタルフィルタ７を制御する適
応制御器、１１は音響信号源、１２は加算器、１３は加
算器１２の出力をアナログ信号に変換するＤＡ変換器で
ある。

【００１８】図１の構成に関して、まず図２に示すシス
テムのブロック図に基づいて、係数メモリ５及び係数メ
モリ９の内容を求める。図２において、図１に対応する
構成要素には同じ参照番号を付しており、それらの説明
はここでは省略する。また、１４は、ピンクノイズなど
を発生するデジタル広帯域信号源、１７は、広帯域信号
源１４の信号が入力される適応型デジタルフィルタ、１
６は、ＡＤ変換器３の出力と適応型デジタルフィルタ１
７の出力との間で減算処理を行う減算器である。

【００１９】広帯域信号源１４の信号は、ＤＡ変換器１
３でアナログ信号に変換され、車室５０の内部のスピー
カ１から放射される。放射音は、車室５０の内部の直接
音の伝送系（伝達関数Ｄ）及び反射音の伝送系（伝達関
数Ｒ）を通じて、マイクロフォン２で受音される。この
受音信号を、ＡＤ変換器３でデジタル信号に変換する。
一方、広帯域信号源１４からの信号は、適応型デジタル
フィルタ１７にも入力され、フィルタ演算の後に減算器
１６に出力され、ＡＤ変換器３でデジタル信号に変換さ
れた受音信号から減算される。この減算器１６の出力
を、誤差信号ｅｒｒとして適応制御器１０に入力する。
適応制御器１０には、広帯域信号源１４からの信号も基
準信号ｒｅｆとして入力され、これらの入力信号に基づ
いて、ＬＭＳ（Least Mean Square）アルゴリズム等に
より、誤差信号ｅｒｒが小さくなるように適応型デジタ
ルフィルタ１７の係数を更新制御する。その結果、適応
型デジタルフィルタ１７は、車室５０の内部におけるス
ピーカ１からマイクロフォン２に至る直接音及び反射音
の各々の伝達関数Ｄ及びＲに関して、Ｄ＋Ｒに収束す
る。

【００２０】ここで、このシステムにおけるＡＤ変換の
サンプリング周期をＴ（秒）、スピーカ１からマイクロ
フォン２までの距離をＬ（ｍ）、スピーカ１単体のイン
パルス応答の時間長をＳ（秒）、及び音速をＣ（ｍ／
秒）としたときに、（Ｌ／Ｃ＋Ｓ）／Ｔで計算されるタ
ップ数までのフィルタ係数をＤ、それ以降のタップのフ
ィルタ係数をＲとする。これより、Ｄは、スピーカ１か
らマイクロフォン２までの直接音の伝達関数Ｄを表現
し、一方、Ｒはスピーカ１からマイクロフォン２までの
反射音の伝達関数Ｒを表現していることになり、この直
接音の伝達関数Ｄを係数メモリ５に記憶し、反射音の伝
達関数Ｒを係数メモリ９に記憶する。

【００２１】このようにして決定された係数メモリ５及
び９の内容を用いると、図１において、係数メモリ５の
内容（直接音の伝達関数Ｄ）をデジタルフィルタ４に設
定することにより、デジタルフィルタ４は、スピーカ１
からマイクロフォン２の直接音の伝達関数Ｄを模擬する
ことができる。これより、音響信号源１１の信号がＤＡ
変換器１３によってＤＡ変換されてスピーカ１から発音
され、これがマイクロフォン２で受音されてＡＤ変換器
３でＡＤ変換された後に、このＡＤ変換された受音信号
から上記のように設定されているデジタルフィルタ４の
出力を減算器６で減算することにより、減算器６の出力
として、直接音成分が除かれた反射音主体の信号が得ら
れる。この信号が適応型デジタルフィルタ７に入力さ
れ、フィルタ演算された出力信号が加算器１０により音
響信号源１１からの音響信号と加算されて、再びＤＡ変
換器１３によってＤＡ変換されて、スピーカ１から車室
５０の内部に制御信号が放射される。

【００２２】一方、係数メモリ９の内容（反射音の伝達
関数Ｒ）をデジタルフィルタ８に設定し、デジタルフィ
ルタ８の出力信号を基準信号ｒｅｆ、減算器６の出力信
号を適応制御器１０の誤差信号ｅｒｒとして、それぞれ
適応制御器１０に入力する。適応制御器１０は、例えば
「ADAPTIVE SIGNAL PROCESSING」の第２９１頁（Widro
w.D.Stearns、Prentice-Hall、1985）に説明されている
ようなフィルタードＸＬＭＳアルゴリズムを用いること
により、誤差信号ｅｒｒ、つまり反射音成分の信号が小
さくなるように、適応型デジタルフィルタ７を制御す
る。

【００２３】このようにして収束した適応型デジタルフ
ィルタ７による制御について、以下に、図３を参照しな
がら時間軸にて説明する。

【００２４】図３において、（ａ）は、最初にスピーカ
１に入力される音響入力信号であり、（ｂ）は、スピー
カ１からの放射音をマイクロフォン２で受音した信号で
ある。このように、マイクロフォン２での受音信号に
は、直接音信号Ｄに加えて、幾つかの異なる経路を経て
きた反射音信号Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が含まれている
（反射音の数は３に限られない）。

【００２５】これに対して、本発明に従った音場補正装
置による処理を行うとき、（ｃ）は、直接音成分に対応
するデジタルフィルタ４の出力信号Ｄ’であり、（ｄ）
は、デジタルフィルタ４の出力信号Ｄ’の減算処理によ
って直接音成分Ｄが除去された減算器６の出力信号であ
る。更に、（ｅ）は、（ｄ）に示される減算器６の信号
を入力信号とする適応型デジタルフィルタ７の制御信号
であり、（ｆ）は、（ｅ）の制御信号をスピーカ１から
放射したときのマイクロフォン２での受音信号である。
そして、（ｇ）は、補正前のマイクロフォン受音信号
（ｂ）と制御信号（ｆ）とが干渉した結果として得られ
る、マイクロフォン２での実際の受音信号である。

【００２６】（ｇ）に示されているように、最終的な実
際のマイクロフォン２での受音信号では、本発明に従っ
た音場補正処理によって、反射音成分Ｒ２及びＲ３が減
少している。低周波においては、車室５０の内部の共振
現象により、実際にはＲ４、Ｒ５、……、とさらに連続
した反射音構造となるが、これらの共振を適応型デジタ
ルフィルタによる制御信号で低減することにより、Ｒ１
という直接音成分Ｄに近接した反射音成分の影響のみ
に、抑えることができる。

【００２７】以上のように、本実施形態によれば、音響
信号源１１とスピーカ１との間に補正装置を挿入しない
構成であるために、音響信号の劣化がなく、車室５０の
内部の音場における反射音の伝達関数の影響を受けない
音響再生を実現することができる音場補正装置が構成さ
れて、高品質な音響再生を行うことができる。

【００２８】なお、上記の本実施形態の説明では、直接
音の伝送系の伝達関数Ｄを表すタップ長を、スピーカ１
とマイクロフォン２との間の距離Ｌ、及びスピーカ１単
体のインパルス応答長Ｓから算出している。或いは、ス
ピーカ１単体のインパルス応答長Ｓの情報が得られない
場合には、適応型デジタルフィルタ７のタップ長を、距
離Ｌ（Ｌ／Ｃ）／Ｔで計算される値から順次増加させ、
図２の減算器１６の出力レベルが初期のタップ長におけ
る出力レベルの例えば１／１０（＝−２０ｄＢ）となっ
た時点を、直接音の伝送系における伝達関数Ｄと設定す
ることによって、上記で説明した本発明の効果を発揮す
ることができる。

【００２９】（第２の実施形態）次に、本発明の第２の
実施形態について、図４を参照しながら説明する。

【００３０】図４において、１５は、係数メモリ５の内
容（車室５０の内部におけるスピーカ１からマイクロフ
ォン２に至る直接音の伝達係数Ｄ）及び係数メモリ９の
内容（車室５０の内部におけるスピーカ１からマイクロ
フォン２に至る反射音の伝達係数Ｒ）に対して、Ｈ＝
［１−（Ｄ＋Ｒ）］／Ｒなる演算を行う演算器である。
その他の構成要素は第１の実施形態と同様であり、対応
する構成要素には同じ参照番号を付しており、それらの
説明はここでは省略する。

【００３１】本実施形態においても、第１の実施形態と
同じ方法により、係数メモリ５は、スピーカ１からマイ
クロフォン２までの直接音の伝達関数Ｄを設定し、係数
メモリ９は、スピーカ１からマイクロフォン２までの反
射音の伝達関数Ｒを設定する。

【００３２】演算器１５は、この係数メモリ５及び係数
メモリ９からその内容、すなわち上記の伝達関数Ｄ及び
Ｒを読み出し、それらに対して、以下の式： Ｈ＝［１−（Ｄ＋Ｒ）］／Ｒ で表現される演算を行って、デジタルフィルタ７に、そ
の演算結果の伝達関数Ｈを設定する。

【００３３】ここで、このシステムのオープンループの
伝達関数は、デジタルフィルタ４により直接音の成分が
除去されているため、 ＨＲ＝１−（Ｄ＋Ｒ） となる。従って、音響信号入力をＶとすると、スピーカ
１の入力信号ＶＰは、 ＶＰ＝Ｖ／｛１−［１−（Ｄ＋Ｒ）］｝ ＝Ｖ／（Ｄ＋Ｒ） となる。これより、デジタルフィルタ４の出力信号ＶＦ
は、 ＶＦ＝Ｄ・ＶＰ ＝Ｄ・Ｖ／（Ｄ＋Ｒ） となる。

【００３４】一方、減算器６の出力信号ＶＳは、 ＶＳ＝Ｒ・Ｖ／｛１−［１−（Ｄ＋Ｒ）］｝ ＝Ｒ・Ｖ／（Ｄ＋Ｒ） となる。この結果、減算器６の入力、すなわちマイクロ
フォン２の出力信号ＶＭは、 ＶＭ＝ＶＳ＋ＶＦ ＝［Ｒ・Ｖ／（Ｄ＋Ｒ）］＋［Ｄ・Ｖ／（Ｄ＋Ｒ）］ ＝（Ｄ＋Ｒ）・Ｖ／（Ｄ＋Ｒ） ＝Ｖ となって、マイクロフォン２の出力信号ＶＭとして、音
響入力信号それ自身が得られることになる。

【００３５】以上のように、本実施形態によれば、音響
信号源１１とスピーカ１との間に補正装置を挿入しない
構成であるために、音響信号の劣化がなく、車室５０の
内部の音場における反射音の伝達関数の影響を受けない
音響再生を実現することができる音場補正装置が構成さ
れて、高品質な音響再生を行うことができる。

【００３６】（第３の実施形態）以下、本発明の第３の
実施形態について、添付の図面を参照しながら説明す
る。本実施形態は、車室５０の内部における音響再生に
おいて、車室５０の内部の反射音の影響を補正する音場
補正装置を示している。

【００３７】図５は、本実施形態における音場補正装置
の構成を模式的に示すブロック図である。

【００３８】図５において、１は車室５０の内部に設置
されたスピーカ、２は車室５０の内部の受聴エリアに設
置されたマイクロフォン、３はマイクロフォン２の信号
をデジタル信号に変換するＡＤ変換器４、８はデジタル
フィルタ、５は車室５０の内部のスピーカ１から放射さ
れマイクロフォン２までの直接音の伝達関数Ｄを保持し
た係数メモリ、６は減算器、７は適応型デジタルフィル
タ、９は車室５０の内部のスピーカ１から放射されマイ
クロフォン２までの反射音の伝達関数Ｒを保持した係数
メモリ、１０は適応型デジタルフィルタ７を制御する適
応制御器、１１は音響信号源、１２は加算器、１３は加
算器１２の出力をアナログ信号に変換するＤＡ変換器で
ある。

【００３９】本実施形態の構成に関しても、第１の実施
形態と同様に、まず図２に示すシステムのブロック図に
基づいて、係数メモリ５及び係数メモリ９の内容（すな
わち、車室５０の内部におけるスピーカ１からマイクロ
フォン２に至る直接音の伝達関数Ｄ及び反射音の伝達関
数Ｒ）を求める。その詳細は、第１の実施形態で説明し
た通りであるので、ここでは省略する。

【００４０】決定された係数メモリ９の内容（車室５０
の内部におけるスピーカ１からマイクロフォン２に至る
反射音の伝達関数Ｒ）を、図５におけるデジタルフィル
タ４に設定することにより、デジタルフィルタ４は、ス
ピーカ１からマイクロフォン２の反射音の伝達関数Ｒを
模擬することができる。これより、音響信号源１１の信
号がＤＡ変換器１３でＤＡ変換されてスピーカ１から発
音され、これがマイクロフォン２で受音されてＡＤ変換
器３でＡＤ変換された後に、このＡＤ変換された受音信
号から上記のように設定されているデジタルフィルタ４
の出力を減算器６で減算することにより、減算器６の出
力として、反射音成分が除かれた直接音主体の信号が得
られる。この信号が適応型デジタルフィルタ７に入力さ
れ、フィルタ演算された出力信号が加算器１０により音
響信号源１１からの音響信号と加算されて、再びＤＡ変
換器１３によってＤＡ変換されて、スピーカ１から車室
５０の内部に制御信号が放射される。

【００４１】一方、係数メモリ５の内容（車室５０の内
部におけるスピーカ１からマイクロフォン２に至る直接
音の伝達関数Ｄ）をデジタルフィルタ８に設定し、デジ
タルフィルタ８の出力信号を基準信号ｒｅｆ、減算器６
の出力信号を適応制御器１０の誤差信号ｅｒｒとして、
それぞれ適応制御器１０に入力する。適応制御器１０
は、前述のフィルタードＸＬＭＳアルゴリズムを用いる
ことにより、誤差信号ｅｒｒ、つまり反射音成分の信号
が小さくなるように、適応型デジタルフィルタ７を制御
する。

【００４２】このようにして収束した適応型デジタルフ
ィルタ７による制御について、以下に、図６を参照しな
がら時間軸にて説明する。

【００４３】図６において、（ａ）は、最初にスピーカ
１に入力される音響入力信号であり、（ｂ）は、スピー
カ１からの放射音をマイクロフォン２で受音した信号で
ある。このように、マイクロフォン２での受音信号に
は、直接音信号Ｄに加えて、幾つかの異なる経路を経て
きた反射音信号Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が含まれている
（反射音の数は３に限られない）。

【００４４】これに対して、本発明に従った音場補正装
置による処理を行うとき、（ｃ）は、反射音成分に対応
するデジタルフィルタ４の出力信号であり、（ｄ）は、
デジタルフィルタ４の出力信号の減算処理によって反射
音の成分Ｒ１、Ｒ２、及びＲ３が除去された減算器６の
出力信号である。更に、（ｅ）は、（ｄ）に示される減
算器６の信号を入力信号とする適応型デジタルフィルタ
７の制御信号であり、（ｆ）は、（ｅ）の制御信号をス
ピーカ１から放射したときのマイクロフォン２での受音
信号である。そして、（ｇ）は、補正前のマイクロフォ
ン受音信号（ｂ）と制御信号（ｆ）とが干渉した結果と
して得られる、マイクロフォン２での実際の受音信号で
ある。

【００４５】（ｇ）に示されているように、最終的な実
際のマイクロフォン２での受音信号では、本発明に従っ
た音場補正処理によって、反射音成分Ｒ１、Ｒ２、及び
Ｒ３が除去されている。低周波においては、車室５０の
内部の共振現象により、実際にはＲ４、Ｒ５、……、と
さらに連続した反射音構造となるが、これらの共振を適
応型デジタルフィルタによる制御信号で低減することに
より、制御信号による新たなレベルの小さい反射音の影
響のみに、抑えることができる。

【００４６】以上のように、本実施形態によれば、音響
信号源１１とスピーカ１との間に補正装置を挿入しない
構成であるために、音響信号の劣化がなく、車室５０の
内部の音場における反射音の伝達関数の影響を受けない
音響再生を実現することができる音場補正装置が構成さ
れて、高品質な音響再生を行うことができる。

【００４７】（第４の実施形態）次に、本発明の第４の
実施形態について、図７を参照しながら説明する。

【００４８】図７において、１５は、係数メモリ５の内
容（車室５０の内部におけるスピーカ１からマイクロフ
ォン２に至る直接音の伝達係数Ｄ）及び係数メモリ９の
内容（車室５０の内部におけるスピーカ１からマイクロ
フォン２に至る反射音の伝達係数Ｒ）に対して、 Ｈ＝［１−（Ｄ＋Ｒ）］／Ｄ なる演算を行う演算器である。その他の構成要素は第３
の実施形態と同様であり、対応する構成要素には同じ参
照番号を付しており、それらの説明はここでは省略す
る。

【００４９】本実施形態においても、第１の実施形態と
同じ方法により、係数メモリ５は、車室５０の内部にお
けるスピーカ１からマイクロフォン２までの直接音の伝
達関数Ｄを設定し、係数メモリ９は、車室５０の内部に
おけるスピーカ１からマイクロフォン２までの反射音の
伝達関数Ｒを設定する。

【００５０】演算器１５は、この係数メモリ５及び係数
メモリ９からその内容、すなわち上記の伝達関数Ｄ及び
Ｒを読み出し、それらに対して、以下の式： Ｈ＝［１−（Ｄ＋Ｒ）］／Ｄ で表現される演算を行って、デジタルフィルタ７に、そ
の演算結果の伝達関数Ｈを設定する。

【００５１】ここで、このシステムのオープンループの
伝達関数は、デジタルフィルタ４により反射音の成分が
除去されているため、 ＨＤ＝１−（Ｄ＋Ｒ） となる。従って、音響信号入力をＶとすると、スピーカ
１の入力信号ＶＰは、 ＶＰ＝Ｖ／｛１−［１−（Ｄ＋Ｒ）］｝ ＝Ｖ／（Ｄ＋Ｒ） となる。これより、デジタルフィルタ４の出力信号ＶＦ
は、 ＶＦ＝Ｒ・ＶＰ ＝Ｒ・Ｖ／（Ｄ＋Ｒ） となる。

【００５２】一方、減算器６の出力信号ＶＳは、 ＶＳ＝Ｄ・Ｖ／｛１−［１−（Ｄ＋Ｒ）］｝ ＝Ｄ・Ｖ／（Ｄ＋Ｒ） となる。この結果、減算器６の入力、すなわちマイクロ
フォン２の出力信号ＶＭは、 ＶＭ＝ＶＳ＋ＶＦ ＝［Ｄ・Ｖ／（Ｄ＋Ｒ）］＋［Ｒ・Ｖ／（Ｄ＋Ｒ）］ ＝（Ｄ＋Ｒ）・Ｖ／（Ｄ＋Ｒ） ＝Ｖ となって、マイクロフォン２の出力信号ＶＭとして、音
響入力信号それ自身が得られることになる。

【００５３】以上のように、本実施形態によれば、音響
信号源１１とスピーカ１との間に補正装置を挿入しない
構成であるために、音響信号の劣化がなく、車室５０の
内部の音場における反射音の伝達関数の影響を受けない
音響再生を実現することができる音場補正装置が構成さ
れて、高品質な音響再生を行うことができる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、フィー
ドバック型デジタルフィルタを用いることにより、音響
信号源とスピーカとの間に補正装置を挿入しない構成
で、音質の劣化がなく、音場における反射音の影響を補
正することができる音場補正装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態における音場補正装置
の構成を模式的に示すブロック図である。

【図２】図１の構成における音響伝達関数を求めるため
のシステムブロック図である。

【図３】（ａ）〜（ｇ）は、図１の音場補正装置の動作
を説明するための、各構成部における時間軸での信号波
形を示す図である。

【図４】本発明の第２の実施形態における音場補正装置
の構成を模式的に示すブロック図である。

【図５】本発明の第３の実施形態における音場補正装置
の構成を模式的に示すブロック図である。

【図６】（ａ）〜（ｇ）は、図５の音場補正装置の動作
を説明するための、各構成部における時間軸での信号波
形を示す図である。

【図７】本発明の第４の実施形態における音場補正装置
の構成を模式的に示すブロック図である。

【図８】従来技術によるある音場補正装置の構成を模式
的に示すブロック図である。

【符号の説明】

１ スピーカ ２ マイクロフォン ３ ＡＤ変換器 ４、８ デジタルフィルタ ５、９ 係数メモリ ６、１６ 減算器 ７、１７ 適応型デジタルフィルタ １０ 適応制御器 １１ 音響信号源 １２ 加算器 １３ ＤＡ変換器 １４ 広帯域信号源 １５ 演算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 角張 勲 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Ｆターム(参考） 3D020 BA02 BA10 BA11 BB01 BC01 BD05 BE03 5D020 AC05 CD01 5D061 FF02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 再生音場内に設置されたスピーカと、 該再生音場内に設置されたマイクロフォンと、 第１デジタルフィルタと、 該マイクロフォンの出力から該第１デジタルフィルタの
   出力を減算する減算器と、 該減算器の出力を入力する第２デジタルフィルタと、 音響信号入力と該第２デジタルフィルタの出力とを加算
   する加算器と、を備え、 該加算器の出力を該スピーカ及び該第１デジタルフィル
   タに入力し、 該スピーカから該マイクロフォンまでの直接音の時間領
   域でのインパルス応答をＤとしたときに、該第１デジタ
   ルフィルタの係数をＤとし、 該減算器の出力信号が小さくなるように該第２デジタル
   フィルタを制御する、音場補正装置。
2. 【請求項２】 再生音場内に設置されたスピーカと、 該再生音場内に設置されたマイクロフォンと、 第１デジタルフィルタと、 該マイクロフォンの出力から該第１デジタルフィルタの
   出力を減算する減算器と、 該減算器の出力を入力する第２デジタルフィルタと、 該減算器の出力を入力する第３デジタルフィルタと、 該第３デジタルフィルタの出力を入力する適応制御器
   と、 音響信号入力と該第２デジタルフィルタの出力とを加算
   する加算器と、を備え、 該加算器の出力を該スピーカ及び該第１デジタルフィル
   タに入力し、 該スピーカから該マイクロフォンまでの直接音の時間領
   域でのインパルス応答をＤとし、且つ該スピーカから該
   マイクロフォンまでの反射音の時間領域でのインパルス
   応答をＲとしたときに、該第１デジタルフィルタの係数
   をＤとし、該第３のデジタルフィルタの係数をＤ＋Ｒと
   して、 該適応制御器の入力信号が小さくなるように、該適応制
   御器の出力により該第２デジタルフィルタを制御する、
   音場補正装置。
3. 【請求項３】 再生音場内に設置されたスピーカと、 該再生音場内に設置されたマイクロフォンと、 第１デジタルフィルタと、 該マイクロフォンの出力と該第１デジタルフィルタの出
   力とを減算する減算器と、 該減算器の出力を入力する第２デジタルフィルタと、 音響信号入力と該第２デジタルフィルタの出力とを加算
   する加算器と、を備え、 該加算器の出力を該スピーカ及び該第１デジタルフィル
   タに入力し、 該スピーカから該マイクロフォンまでの直接音の周波数
   領域での伝達関数をＤとし、且つ該スピーカから該マイ
   クロフォンまでの反射音の周波数領域での伝達関数をＲ
   としたときに、該第１デジタルフィルタはＤに近似し、
   且つ該第２のデジタルフィルタは［１−（Ｄ＋Ｒ）］／
   Ｒで表現される伝達関数に近似する、音場補正装置。
4. 【請求項４】 再生音場内に設置されたスピーカと、 該再生音場内に設置されたマイクロフォンと、 第１デジタルフィルタと、 該マイクロフォンの出力から該第１デジタルフィルタの
   出力を減算する減算器と、 該減算器の出力を入力する第２デジタルフィルタと、 音響信号入力と該第２デジタルフィルタの出力とを加算
   する加算器と、を備え、 該加算器の出力を該スピーカ及び該第１デジタルフィル
   タに入力し、 該スピーカから該マイクロフォンまでの反射音の時間領
   域でのインパルス応答をＲとしたときに、該第１デジタ
   ルフィルタの係数をＲとし、 該減算器の出力信号が小さくなるように該第２デジタル
   フィルタを制御する、音場補正装置。
5. 【請求項５】 再生音場内に設置されたスピーカと、 該再生音場内に設置されたマイクロフォンと、 第１デジタルフィルタと、 該マイクロフォンの出力から該第１デジタルフィルタの
   出力を減算する減算器と、 該減算器の出力を入力する第２デジタルフィルタと、 該減算器の出力を入力する第３デジタルフィルタと、 該第３デジタルフィルタの出力を入力する適応制御器
   と、 音響信号入力と該第２デジタルフィルタの出力とを加算
   する加算器と、を備え、 該加算器の出力を該スピーカ及び該第１デジタルフィル
   タに入力し、 該スピーカから該マイクロフォンまでの直接音の時間領
   域でのインパルス応答をＤとし、且つ該スピーカから該
   マイクロフォンまでの反射音の時間領域でのインパルス
   応答をＲとしたときに、該第１デジタルフィルタの係数
   をＲとし、該第３のデジタルフィルタの係数をＤ＋Ｒと
   して、 該適応制御器の入力信号が小さくなるように、該適応制
   御器の出力により該第２デジタルフィルタを制御する、
   音場補正装置。
6. 【請求項６】 再生音場内に設置されたスピーカと、 該再生音場内に設置されたマイクロフォンと、 第１デジタルフィルタと、 該マイクロフォンの出力と該第１デジタルフィルタの出
   力とを減算する減算器と、 該減算器の出力を入力する第２デジタルフィルタと、 音響信号入力と該第２デジタルフィルタの出力とを加算
   する加算器と、を備え、 該加算器の出力を該スピーカ及び該第１デジタルフィル
   タに入力し、 該スピーカから該マイクロフォンまでの直接音の周波数
   領域での伝達関数をＤとし、且つ該スピーカから該マイ
   クロフォンまでの反射音の周波数領域での伝達関数をＲ
   としたときに、該第１デジタルフィルタはＲに近似し、
   且つ該第２のデジタルフィルタは［１−（Ｄ＋Ｒ）］／
   Ｄで表現される伝達関数に近似する、音場補正装置。